第五届中西部地区理化检验学术年会暨实验室主任经验交流会论文集电站锅炉用TP347H奥氏体不锈钢弯管 固溶处理研究李超(武汉锅炉股份有限公司湖北武汉430205)摘要】：采用三种不同规格的TP347H不锈管、不固溶处理冷弯管和固溶处理后冷弯管分别取样并进行硬度、 金相和晶间腐蚀试验，以研究固溶处理对TP347H弯管的影响。试验证明，TP347H经固溶处理，弯管应力基本 消除，无晶间腐蚀倾向，性能大大改善了，能确保锅炉安全、可靠的运行。关键词：TP347H：冷弯；固溶处理Research on Effect of Solution Treatment on Cold Bending TP347H Steel Tube Used on Power Station BoilerLiChao (Wuhan Boiler Company Limited，Hubei，Wuhan，430205)AbstractHardness test，metallographic analysis and inter-granular corrosion test were taken on TP347H raw tube，cold bending tube with and without solution treatment separately with 3 different specifications to verify the effect of solution treatment on cold bending TP347H tubesIt was found that with bending stress is almost eliminated and no tendency of inter-granular corrosion，the property of TP347H stainless tube was greatly improved after solution treatment thus ensure the safe and sound operation of boilersKey words：TP347H；cold bending；solution treatment0前言化检验相关工作。随着电力工业的发展，对锅炉的热效率要求越来越针对以上情况，我们非常有必要研究固溶处理对高，因此国内外超(超)临界机组的数量也越来越多，对锅炉材料的要求也不断提高。TP347H不锈钢弯管性能的影响，为制定更加详细、TP347H属于高碳含铌CrNi奥氏体不锈钢，其耐 可靠的工艺提供依据。 晶间腐蚀和耐多硫酸晶间应力腐蚀性能良好，广泛应 用在超(超)临界锅炉的过热器和再热器组件中。1 TP347H弯管固溶处理研究自采用以来，TP347H在国内电厂使用中多次出分别对三种不同规格的TP347H不锈钢管、冷弯 现泄漏(爆管)等事故，特别是冷弯弯头处频发泄漏 钢管和冷弯后固溶处理钢管进行硬度、金相和晶间腐 事件。通过这些失效分析的结果可发现，失效的原因 蚀试验。大多在于抗晶间腐蚀能力降低或残余应力或两者的共11样管信息同作用。爆管泄漏事故不仅会对电厂的安全运行带来取三种不同规格的TP347H不锈钢管进行研究，巨大隐患，造成巨额经济损失，也会对锅炉制造厂的经济造成损失并对声誉带来负面影响。规格分别为OD51 x75mm，OD54x8mm，OD60x9mm， 入厂时根据相关标准进行理化检验，结果合格。作者简介：12三种规格TP347H不锈管分析李超(1984)武汉理工大学材料学院毕业，双学士，武汉对三种规格TP347H不锈管进行编号：锅炉股份有限公司实验室材料工程师，从事金属材料技术及理oD51x75mm为1#，OD54x8mrn为2#，OD60x9mm363第五届中西部地区理化检验学术年会暨实验室主任经验交流会论文集为3#。分别在每根钢管上取晶间腐蚀试样(14)， 微观金相试样(5)和硬度试样(6)。 121硬度试验在钢管上分别取环形硬度试样，并在横截面上进行维氏硬度试验。结果见表1。由表1可知，三种规格钢管的硬度符合ASME 图3 3#_5徽观组织草酸电解，100X图4 3#-5外墅微观组织蕈酸电解200 SA213的要求。3#钢管的硬度值高于1#和2#钢管。 123晶间腐蚀试验 表1三种规格不锈钢管硬度试验结果 对钢管1#、2#和3#进行晶间腐蚀试验。按标准在三根钢管上分别取4个晶间腐蚀试样(两个外壁， 两个内壁)，对上述试样进行敏化处理(6502h)， 去除其内、外表面氧化皮，将其放入硫酸一硫酸铜溶 液中连续试验16h，并将其弯曲1800后进行检验，结 果如下(图5)：l#和2#钢管内、外壁均未发现晶间腐蚀；3撑钢管内、外壁发现晶间腐蚀。122微观金相检查 试样l#一5、2#5和3#5经预磨、抛光及腐蚀处理后，进行微观金相分析。图l3为试样微观组织。试样1#一5和2#5基体组织为奥氏体，晶粒度为 5060级；3#5试样组织为奥氏体，晶粒度为50 级，均符合ASME SA213要求。比较三个试样外壁、 壁厚中部和内壁组织，发现试样1#5和2#一5外壁 和内壁均未存在冷变形；试样3#5外壁存在冷变形， 图4。图5 3#钢管晶间腐蚀试样照片1_3弯管椭圆率及壁厚减薄量检测 冷弯后三种规格的不锈钢管的编号、弯曲工艺参数如下：0)wl#1：OD51x75mm，弯管半径R= 197mm，弯曲180。w21：OD548mm，弯管半径 R-180mm，弯曲1800w31：OD60x9mm，弯管半径R=200mm，弯曲180。 图1 1#5微观组织，蕈酸电解，100围22#-5微观组织，簟酸电解100 按照标准JBT16111993，分别在三根弯管位置 2处取样测量，并按照公式计算弯管的椭圆率和壁厚 减薄量。试验结果及参照标准列于表2。由表2可知， 三种规格钢管的弯头椭圆率及壁厚减薄量均满足 JBT16111993标准要求。364第五届中西部地区理化检验学术年会暨实验室主任经验交流会论文集一一一二二二。一Wl#-I1拉伸区175178791774ll 6 ll 64 压力区162 25 1 622， 2 20 5W1拈12拉伸区209 73 2 1 1l 93 l 9O 压力区193 56 l 9 5208 2 O2WI扣13拉伸区208 72 2 1 319255 图6冷弯后不锈钢管取样示意图压力区181204191表4规格0D548mm不锈管冷弯后硬度试验结果 公式1：。)m二X-B。：。xlOxJIa一弯头椭圆率，Dmax、Dmin一弯头同一断面上的 最大和最小外径， D钢管公称外径。公式2： t=半xloob一弯头处壁厚减薄量，so一弯头上壁厚减薄最大处 的壁厚，Smin一管子的实际壁厚。表2弯管椭圆率和壁厚减薄量检验结果表5规格OD60gmm不锈管冷弯后硬度试验结果131硬度试验 在三种规格弯管上分别取环形维氏硬度试样，并与原材料管硬度结果进行比较(见表3表5)。可发现， 三种规格钢管冷弯后硬度值比原材料均有提高，W2# 和W3#弯管比Wl#硬度提高更为明显。三种规格钢管 冷弯后硬度值与原材料差值均超过60HVl0。表3规格005175lrln不锈管冷弯后硬度试验结果试样编号测试部位(硬HV度1值0)(平H均V1值0)与(墨HV萎1茗0)硬 132微观金相检查l拈612点位置”413936136如图6，在三根弯管的位置1处分别取环状微观 6点位置13513740137金相试样，编号为Wl#1、W2#1和W3#一l。为了更365第五届中西部地区理化检验学术年会暨实验室主任经验交流会论文集好的观察冷弯后试样残存冷变形情况，将上述三个试圈13-3#-1试样璧厚中部微观组织IOOX圈1411“3#-1样内壁徽观组织100 样分别分为四份，并进行镶嵌。试样经预磨、抛光、133晶间腐蚀试验 腐蚀处理后，比较试样外壁、壁厚中部和内壁组织，对钢管Wl#1、W2#1和W3#1进行晶间腐蚀 结果如下(图714)： 试验。按标准在三根钢管图6所示位置上分别取4个试样Wl#1约12圆剧外壁发现明显冷变形晶间腐蚀试样(两个外壁，两个内壁)。 层，深度约为1Omm；内壁未发现冷变形；对上述试样进行敏化处理(650“Cx2h)，去除其内、 试样W2#1约12圆周外壁发现明显冷变形外表面氧化皮，将其放入硫酸一硫酸铜溶液中连续试 层；约14圆周内壁存在冷变形；验16h，并将其弯曲180。后检验，结果如下： 试样W3#1整个圆周外壁均存在冷变形；约试样Wl#1管子外壁未发现晶间腐蚀，管子 12圆周从外壁到内壁整个壁厚均存在冷变形。内壁发现轻微晶间腐蚀(图15)；这些奥氏体不锈钢冷弯后的残余变形导致三种试样W2#一1管子外壁未发现晶间腐蚀，管子 规格弯管硬度值高于原材料。内壁发现晶间腐蚀(图16)：试样W3#1钢管内、外壁均发现晶间腐蚀(图】7)。366第五届中西部地区理化检验学术年会暨实验室主任经验交流会论文集试样躺聪部位(硬HV度I值0)淼与(墨HV蜜10)图17 113#-1钢f昌阊曩蚀试样照片14三种规格TP347H弯管后经固溶处理后的试验分析 在国内锅炉制造厂中当弯曲半径R和管外径D的 比值RD一般在333时，才做固溶处理。这里取三种规格弯管RD均三333。冷弯及固溶处理后三种规格的不锈钢管的编号、弯 表8规格60 X gmm不锈管冷弯及固溶处理后硬度试验结 工艺及固溶处理参数如下：C)H1#-1：OD51x7_SrrIll弯管i半径R=197mm，弯曲1800H2撑1：OD54x8mm，弯管半径R=180mm，弯曲1800H3拌1：OD609mm，弯管半径R=200mm，弯曲1800三种规格弯管的固溶处理参数：热处理温度及保温时间： 1115-4- 1510min，加热速率：700后每小时升温250，冷却方式：空冷。 如图6所示，分别在每根弯管的起弯处、弯管中部和 终弯处即1、2、3位置处取硬度试样(13)，在位置 1处取微观金相试样，在弯管内弧图示位置上取晶间 腐蚀试样(47)。141硬度试验 如上文在三种规格弯管上分别取环形维氏硬度试样， 并与原材料管硬度值进行比较，结果如下(见表68)：表6规格01)5175m不锈管冷弯及固溶处理后硬度试验结果由上表可知，三种规格钢管固溶处理后维氏硬度与原材料的差值比冷弯试样明显下降，三种规格钢管冷 弯后维氏硬度值比原材料差值均小于60HVl0。 142微观金相检查如图6，在三根弯管的位置1处分别取环状微观金 相试样，编号为HI#一l、H2#一l和H3舡l。为了更好的 观察冷弯后试样残存冷变形情况，将上述三个试样分 别分为四份，并进行镶嵌。试样经预磨、抛光及腐蚀 处理后，比较试样外壁、管子中部和内壁组织，结果 如下(图18-24)：试样HI#1和H2#1钢管内、外壁均未发现冷 变形；表7规格0D548ram不锈管冷弯及固溶处理后硬度试验结果试样H3#1约二分之一圆周内、外壁未发现冷367第五届中西部地区理化检验学术年会暨实验室主任经验交流会论文集变形；约二分之一圆周从外壁到内壁整个壁厚均存在对上述三组试样进行敏化处理